Las Quimioquinas: Citoquinas Reguladoras del Tráfico Celular

Introducción

Desde 1986 un amplio número de citoquinas estrechamente relacionadas, las cuales se especializan en activar y atraer leucocitos hacia los sitios de injuria, han sido identificadas, clonadas y secuenciadas.

Inicialmente fueron clasificadas como citoquinas quimiotácticas; hoy se sabe que cumplen además funciones importantes en la proliferación o apoptosis de diferentes células, la morfogénesis tisular, hematopoyesis, angiogénesis y en el desarrollo de respuestas inmunes específicas induciendo el tráfico de las células dendríticas, los linfocitos Th1, Th2 y B en el tejido linfoide secundario, lo cual CONTRIBUYE a la ubicación celular en diferentes localizaciones anatómicas.

Generalmente no inducen la producción de otras citoquinas, no generan fiebre ni son reactantes de fase aguda.

Las quimioquinas constituyen el grupo más diverso y numeroso de citoquinas; son expresadas por gran variedad de células en respuesta a diferentes estímulos como: citoquinas, irritantes, antígenos y estímulos policlonales.

Estructura

Estas proteínas tienen un peso molecular de 8 a 15 KDa; todas son dímeros, excepto el PF-4 que es un tetrámero; sin embargo, la mayoría actúa fisiológicamente como monómeros.

Todas las quimioquinas son estructuralmente similares; tridimensionalmente presentan tres láminas plegadas ? conectadas por asas (denominadas ?1, ?2 y ?3), una asa en la región NH2 terminal y una hélice ? en el dominio C-terminal.

Su extremo carboxilo es de carácter básico y tiene afinidad para unirse a compuestos tipo heparina, glicosaminoglicanos y moléculas de azúcar cargadas negativamente que se encuentran en la superficie celular y la matriz extracelular.

La mayoría presentan cuatro cisteínas en posiciones altamente conservadas, unidas entre sí por puentes disulfuro, excepto las g quimioquinas que presenta dos cisteínas conservadas y un solo puente disulfuro. Dependiendo del número y la secuencia de estas cisteínas en el dominio aminoterminal, las quimoquinas se dividen en 4 subfamilias, ?,? ? , g, y d, también denominadas respectivamente como CXCL (debido a que las dos cisteínas cercanas al N-terminal están separadas por un aminoácido simple), las CCL (las dos cisteínas están adyacentes), las XCL y las CX3CL.

Todos los miembros de estas subfamilias son producidos como precursores inactivos, clivados enzimáticamente a nivel intracelular y secretados en FORMA activa.

Quimioquinas a (CXCL)

La subfamilia de quimioquinas CXCL comprende dos grupos: las que tienen tres aminoácidos, ELR (ácido glutámico-leucina-arginina), entre el N-terminal y la primera cisteína, y las que no poseen la secuencia ELR.

Esta secuencia corta de aminoácidos parece ser necesaria, aunque no suficiente, para aquellas quimioquinas que activan y estimulan los neutrófilos y se sugiere que es esencial para la unión y activación de sus receptores (CXCR1 y CXCR2). Las quimioquinas CXC que poseen ELR son la IL-8, GRO (a, b, g), ENA-78, GCP-2 y NAP-2; son potentes quimioatrayentes y activadoras de los neutrófilos, y además muy angiogénicas.

Otras son CTAP-III y b-Tromboglobulina, pero no tienen actividad quimioatrayente sobre los neutrófilos a pesar de la presencia de ELR.

Las quimioquinas CXC no ELR son BCA-1, PF-4, PBP, IP-10, MIG, I-TAC, SDF-1a y SDF-1b; activan otras células, específicamente linfocitos T y monocitos, y son además angiostáticas.

Las fuentes celulares de las a quimioquinas son muy diversas e incluyen: monocitos, macrófagos, queratinocitos, fibroblastos, hepatocitos, neutrófilos, eosinófilos, astrocitos, plaquetas, linfocitos T, B y NK, endotelio, células epiteliales y células de melanoma (Tabla 4).

Tabla 4. Fuentes celulares, células blanco y efectos biológicos de las quimioquinas ? (CXCL)

Las células blanco de las quimioquinas CXCL son:

Neutrófilos, fibroblastos, basófilos, condrocitos, linfocitos B, células del músculo liso, linfocitos T, endotelio, células NK, monocitos, keratinocitos, megacariocitos y células de melanoma.

Estas citoquinas inducen gran variedad de efectos biológicos como: quimiotaxis de diferentes células (neutrófilos, linfocitos T, monocitos, basófilos); activación y proliferación celular; regulación de la angiogénesis (positiva o negativa); modulación de la hematopoyesis (positiva o negativa); inducen la liberación de histamina, y síntesis de glicosaminoglicanos y colágeno por los fibroblastos.

La IL-1 y TNF-a son los mayores estimulantes para la producción de las quimioquinas CXCL ELR+, en tanto que el IFN-g estimula la secreción de las CXC ELR- y tiene un efecto inhibidor sobre las que tienen el motivo ELR.

La IL-8 induce la expresión rápida de integrinas LFA-1 sobre el neutrófilo y la activación de su ligando, al igual que de la L-Selectina; induce también la liberación de enzimas y de metabolitos derivados del oxígeno, estimula la inducción de IL-1 y de IL-1Ra in vivo y por último, estimula la liberación de histamina por los basófilos.

Se ha observado in vivo que la neutralización con anticuerpos de conejo dirigidos contra la IL-8, y las proteínas GRO y MIP-2, reducen significativamente la inflamación mediada por neutrófilos en varios modelos de inflamación aguda. Se propone entonces que la IL-8, además de otras quimioquinas, pueden tener un papel importante en la patogénesis de la respuesta inflamatoria.

(Lea También: Receptores de Quimioquinas: Regulación del Tráfico Celular en la Inflamación Moléculas)

Otra quimioquina CXCL importante es GRO-?:

La cual es secretada por células mononucleares junto con la IL-8, teniendo además similar potencia para activar los neutrófilos. Así, la administración intradérmica de IL-8 humana induce una rápida infiltración de neutrófilos dependiente de la concentración, llegando a su pico 4 horas después de la aplicación; la inyección de GRO-? induce una respuesta quimiotáctica similar a la IL-8, mientras que la NAP-2 (también activadora y quimioatrayente para los neutrófilos) es significativamente menos activa. Además, in vitro se ha observado que la IL-8 es más potente que la GRO-? y la NAP-2 en inducir la activación de la fosfolipasa D, en la expresión de CD11b/CD18 (MAC-1) y en la inducción de la quimiotaxis bajo agarosa.

ENA-78 también se expresa en células endoteliales de pulmón humano inflamado y de otros tejidos; muestra características comunes con la IL-8 y una actividad biológica similar, aunque en una proporción de 5 a 10 veces menor.

Se le atribuye la habilidad de inducir la adhesión y migración de neutrófilos, además de regular la expresión de MAC-1 sobre la superficie celular de los neutrófilos. Su inducción en cultivos de células epiteliales de colon humano mostró un patrón prolongado con respecto a la IL-8, y se propone que puede ser importante en el reclutamiento de neutrófilos en la lámina propia dentro de la capa epitelial.

Quimioquinas b (CCL)

La subfamilia de quimioquinas CCL es la más numerosa; son especialmente quimioatrayentes de monocitos y linfocitos T, aunque también actúan sobre eosinófilos, basófilos, células dendríticas, linfocitos B, timocitos, NK, progenitores mieloides y megacariocitos (Tabla 5).

Tabla 5. Fuentes celulares, células blanco y efectos biológicos de las quimioquinas ? (CCL)

Las fuentes celulares de las quimioquinas CCL son muy diversas:

Entre ellas tenemos: monocitos, macrófagos, células dendríticas, eosinófilos, fibroblastos, células NK, endotelio, células epiteliales, mastocitos, hepatocitos, linfocitos T, basófilos, plaquetas y células epiteliales tímicas.

Dentro de sus efectos biológicos encontramos que: son quimiotácticas para linfocitos T, monocitos, eosinófilos, basófilos, células NK y células dendríticas; inducen la activación del endotelio, los eosinófilos, basófilos y células NK; regulan la degranulación y liberación de enzimas por las células NK y T citotóxicas; modulan la apoptosis; controlan el crecimiento de las células hematopoyéticas; modulan la diferenciación de las células T hacia un fenotipo Th1 o Th2 y aumentan la producción de Ig E e Ig G4.

MCP-1 induce la expresión de las integrinas requeridas para la quimiotaxis; tiene acción sobre los monocitos, linfocitos T de memoria, basófilos y células NK; induce la liberación de gránulos por las células NK y los linfocitos T CD8+; es potente inductor de la liberación de histamina por los basófilos y no atrae eosinófilos, en comparación con MCP-2 y 3.

RANTES es inducible por mitógenos o antígenos en una variedad de líneas de células T y linfocitos circulantes. In vitro es un potente quimioatrayente de monocitos como la MCP-1, pero es mucho menos efectivo para estimular la exocitosis. Atrae también linfocitos T CD45RO+, CD4+, NK, eosinófilos, y es el más potente quimioatrayente para células CD8+; también induce la liberación de histamina.

La quimioquina DC-CK1 (quimioquina 1 de las células dendríticas) atrae selectivamente los linfocitos T CD45RA+ y CONTRIBUYE de esta manera a la inducción de la respuesta inmune primaria.

Quimioquinas XCL y CX3CL

Las quimioquinas XCL son un grupo conformado por la linfotactina y el SCM-1 (motivo C solitario); las células que las producen son los linfocitos T CD8+, timocitos, mastocitos y células NK. Actúan principalmente sobre linfocitos T y células NK, induciendo su activación y quimiotaxis (Tabla 6).

Tabla 6. Fuentes celulares, células blanco y efectos biológicos de las quimioquinas (XCL) y (CX3CL)

La subfamilia CX3CL tiene un solo miembro también conocido como CX3CL1, fractalquina o neurotactina; es la única quimioquina de membrana y posee varias regiones: un extremo aminoterminal tipo quimioquina, una larga extensión tipo mucina con repeticiones serina-treonina, muchos polisacáridos laterales, una región transmembrana y un corto dominio citoplasmático. Se expresa en la membrana de las células endoteliales y está implicada en la adherencia y quimiotaxis de los monocitos y linfocitos T. Además, presenta tres aminoácidos entre las dos primeras cisteínas (Tabla 6).

Regulación de la Expresión de Quimioquinas

Como se ha descrito, existe una gran diversidad en las células que secretan las diferentes quimioquinas, y son las condiciones particulares del microambiente en el que se desarrolla una respuesta inmune las que generalmente determinan cuales son secretadas (tipo de inflamación y de células infiltrantes). La mayoría de ellas se produce en respuesta a estímulos proinflamatorios e inmunomoduladores.

Sin embargo, la expresión constitutiva del ARNm para algunas quimioquinas ha sido demostrada en tejidos particulares; en el intestino delgado se ha encontrado ARNm para eotaxina, sugiriendo su papel en la defensa contra los parásitos; el MCP-4 se ha hallado en el pulmón y corazón; MDC en timo, pulmón y bazo, y TARC en el tejido linfoide.

Algunas citoquinas con actividad proinflamatoria como la IL-1 y el TNF-a son potentes inductores de la expresión de las CCL y CXCL en gran variedad de células. El IFN-g aumenta la producción de RANTES, MCP-4 y eotaxina, mientras que la IL-4 y la IL-13 aumentan la expresión de eotaxina. La IL-10 y el TGF-b disminuyen la producción general de quimioquinas (2). El tratamiento crónico con glucocorticoides inhibe la expresión de RANTES, eotaxina, MCP-1, MCP-4 y MIP-1a.

La regulación negativa se hace a nivel transcripcional y postranscripcional. La regulación transcripcional, dependiente de ADN, ocurre cuando el receptor del glucocorticoide unido a su ligando se fija directamente a secuencias de respuesta negativa (GREs) en las regiones promotoras del gen blanco. Alternativamente, los glucocorticoides pueden ejercer regulación por una vía independiente del ADN, alterando la unión de los factores transcripcionales a los elementos respondedores del ADN, por ejemplo el bloqueo de NF-kB y AP-1.